2025年06月13日发布 | 225阅读

【风向标|技术】一种经腰椎穿刺进入脑脊液空间、基于微创型脑机接口的大脑深部核区调控系统

脑医汇

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专利公布号

CN119951008A

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专利公布日

2025-05-09

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专利申请人

天津大学

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专利发明人

明东、刘秀云、王文龙、佟小光、郝聪颖、蒲珂、刘馨阳、任翔、李浩东、何孟奇、杜勇锜、周子昂、尉辉杰

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背景

近年来,人们对利用神经技术与中枢神经系统(CNS)建立接口以诊断和治疗疾病的兴趣显著增加。随着这些技术的不断发展,应用领域已经从传统的治疗拓展到更精确、更个性化的干预。然而,当前技术面临的主要障碍之一是如何以微创方式与神经系统接触,同时避免对健康组织造成损伤。例如,目前约有30%的癫痫患者无法通过药物控制病情,而这些患者中只有一小部分接受了侵入性治疗,如神经调控或外科手术。这主要是因为类似于立体定向脑手术的侵入性操作风险较高,需要在脑部植入电极进行监测或刺激,这对患者和医生来说都存在较大的挑战和顾虑。


近年来,通过循环系统进行微创手术为植入神经接口设备开辟了新的发展方向。随着电极设备的小型化、电极阵列设计的不断创新以及长期植入技术的进步,这一领域的技术潜力得到了进一步提升。例如,研究人员通过在绵羊颈静脉内插入导管,经上矢状窦成功记录体感诱发电位,并在人体中验证了这一方法的可行性。此外,柔性材料和磁电材料的开发为神经接口技术带来了显著优势。柔性材料能够更好地适应组织形变,降低炎症和组织损伤的风险;磁电材料则支持外部磁场驱动的非接触式电刺激与信号传输,不仅简化了设备设计,还显著减少了能耗。尽管如此,这一方法在实际应用中仍面临诸多挑战。首先,植入设备需要长期使用抗血栓药物以防止血栓形成。此外,血管植入物的内皮化问题也亟待解决:内皮化不足可能导致血管堵塞,而过度内皮化则可能影响设备的正常功能。加之血管系统的复杂形态及中枢神经系统小口径血管的限制,使得现有技术难以稳定导航至深层脑结构或脊髓目标,从而使得多数皮层下及脊髓区域的治疗难以实现。


为应对上述挑战,心室系统和蛛网膜下腔被提出作为一种潜在替代路径。与血管系统类似,这些空间与中枢神经系统紧密相连,但具有更大的操作优势,例如减少抗血栓药物治疗的需求,同时提供更多到达脑表面和脊髓的路径。脑脊液(CSF)是存在于中枢神经系统周围的一种透明液体,主要分布在脑室系统、蛛网膜下腔及脊髓中央管中。它由脑室脉络丛分泌,通过脑室、导水管、蛛网膜颗粒等通道进行循环。脑脊液的主要功能是为大脑和脊髓提供机械保护、代谢支持及信号传递,并通过缓冲作用减少物理冲击。与血管系统相比,脑脊液循环系统具有多个显著优势:首先,其通路更为宽敞,便于设备或导管的部署和导航;其次,脑脊液直接接触中多个关键治疗目标区域,包括大脑皮层、深部结构及脊髓;此外,由于其不涉及血流,避免了血栓形成风险,无需长期使用抗血栓药物,从而降低了相关并发症。脑脊液循环的广泛分布,使其成为研究神经接口植入技术的重要潜在路径。并且,脑脊液循环系统的相关空间已为神经外科医生和患者所熟悉,目前多种疾病,如脑积水、痉挛和慢性背痛等,已通过脑脊液通路和导管技术进行治疗。由于这些空间与中枢神经系统紧密相连,医生对其解剖结构和生理功能有深入了解,这为脑脊液循环系统在神经接口技术中的应用提供了操作可行性和临床优势。

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摘要

本发明公开了一种基于微创型脑机接口的大脑深部核区调控系统,属于医疗技术领域。该系统包括:腰椎穿刺手术模块、微创进入中枢神经系统模块、无源超柔性植入式探针装置、针对性定点刺激模块。本发明旨在提供一种基于微创型脑机接口的大脑深部核区调控系统,通过微创手术导航探针至特定的大脑深部区域,实现精准的神经调控和治疗多种神经系统疾病。


与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:


● 本发明提供了一种基于微创型脑机接口的大脑深部核区调控系统,通过腰椎穿刺手术,以脑脊液流动路径为导向,无源超柔性植入式探针沿脊髓上行,经过蛛网膜下腔和脑室系统,精准到达目标区域。通过这种微创技术,可以针对不同的神经系统疾病实施相应的电刺激或神经调控,为患者提供更加个性化和靶向的治疗。

● 通过避免传统开颅手术的高侵入性,降低术后并发症和感染的风险。超柔性血管内探针的设计能够适应脑脊液通路的弯曲和狭窄,确保设备导航的灵活性和安全性。且无源超柔性植入式探针是一种结合无线供电与电刺激的先进装置,探针通过将外部磁场转化为电场实现无线供电,同时利用其内置的电磁材料产生反向散射磁场,作为载波信号传输媒介。探针的超柔性设计突出了其微型化特性,能够显著提高与脑组织的生物兼容性,降低组织损伤风险。

● 针对性定点刺激技术能够根据患者的具体病情和诊断结果,精准确定最佳深度脑刺激部位,实现个性化的电刺激治疗。这种方法不仅可以针对不同的神经系统疾病进行精准调控,还能有效减少患者的痛苦,改善治疗效果,提升生活质量。因此,本发明在临床应用中展现出巨大的潜力和优势,为神经系统疾病的治疗提供了一种更为安全、有效和精准的新方法。


本发明基于微创型无源脑机接口的大脑深部核区调控系统的框架图和大脑解剖图


本发明无源超柔性植入式探针装置中基于磁电材料的脑电信号采集与编程式电刺激流程图


本发明提供的基于微创型无源脑机接口的大脑深部核区调控系统的流程图

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专利文献

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